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        六十年專注冶金/礦山/水利行業泵系統解決方案

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        超高層建筑混凝土泵送技術分析

        發布日期:2020-09-16  瀏覽次數:994

          商品砼采用泵送施工已廣泛用于建筑工程中,但對于高度大于300m的超高層泵送,因泵送壓力過高,所用砼強度高、粘度大,泵送尤其困難,給泵送施工帶來一系列有待探討的技術難題。隨著泵送砼的普及推廣和迅猛發展,不斷研究高強度砼的超高層泵送技術,對于提高超高層建筑施工質量及施工效率具有相當的實用價值和經濟意義。

          香港國際金融中心主樓88層、高420m,是世界第五、亞洲第二高樓。其砼泵送最大高度408m,對施工安全、可靠性、環境保護和自動化程度要求都高,為保證工程質量和結構強度主樓全部采用C60砼,這些對砼輸送設備提出了嚴峻的挑戰。為此在砼配方上也采取了一些有利于泵送的措施,并將攪拌站建在工地內、距砼泵約300m,保證砼在20min內到達澆筑面,減小坍落度損失。

          此工程每層砼用量約240m3,分兩次施工,采用兩臺三一重工的HBT90CH-2122D超高壓砼輸送泵,同時布置了兩套同樣管道,兩臺泵可同時泵送。在400m高度的泵送過程中砼泵液壓系統的工作壓力為24~25MPa,砼出口壓力16MPa,每分鐘換向10~11次,輸送量約40m3/h。

          2設備狀況

          2.1HBT90CH砼泵

          2.1.1技術特點

          1)雙動力結構

          為確保施工過程的可靠性,整機動力采用兩臺柴油機分別驅動兩套泵組。應用雙動力功率合流技術,平時兩套泵組同時工作,當一組出故障時可切斷該組,另一組仍維持50%的排量繼續工作,避免施工過程中斷造成損失。

          2)全自動高低壓切換

          液壓系統高低壓泵送模式切換過程全部由計算機控制,只需按1個按鈕就在瞬間完成切換,不需停機,沒有污染。

          3)高壓砼活塞

          由于泵送最大高度達408m,管道內的砼對砼活塞反壓極大,針對這一關鍵工況特點,采用增強聚氨脂材料開發了適應超高層泵送結構的高壓砼活塞。

          4)眼鏡板、切割環

          液壓系統高低壓泵眼鏡板的反推力,導致密封失效,而這一對耦合件間的密封性是保證超高層泵送的關鍵。HBT90CH砼泵通過優化S管的流線減小反推力,同時采用高預緊力技術使切割環與眼鏡板緊密貼合,保證可靠密封。

          5)水洗

          在408m超高層泵送中HBT90CH砼泵仍然沿用泵送多高、水洗多高這一具有傳奇色彩且創造了水洗最高世界紀錄的技術,砼的浪費減至最低程度,整個工程可節省砼2640m3,折合港幣190萬。此外由于沒有剩余砼,減輕了渣土處理及管理的負擔,降低了施工過程的工作量和成本。

          2.2輔助設備

          配合工程要求配套設計了布料半徑為32。5m的無尾拖自動爬升布料桿,其主要參數

          布料半徑(m)32.5

          塔身高度(m)31

          爬升方式自動連續爬升

          爬升速度(m/s)0.5

          整機功率(kW)30

          整機質量(t)24

          布料桿用4個液壓馬達減速機組驅動,通過齒輪齒條帶動布料桿及支撐框交互上升而實現整機自動連續爬升,整個爬升過程可由1人操作完成。由于建筑結構的限制,布料桿的支撐跨距最大達10m,最小只有3.5m,三一重工為此專門設計了大跨度變幅橫梁。

          2.3輸送管

          在泵出口布置了100m水平管、90°彎管4個、45°彎管1個、15°彎管2個;在高140m的32樓層,布置了30m水平管、90°彎管3個;在高200m的45層布置90°彎管2個;在高240m的55層布置90°彎管2個;然后一直往上,整套管道包括布料機塔身外露10m、臂長32m、彎管折算44m,全長622m。直管兩端都用剛性支撐固定牢靠。

          3泵送施工技術關鍵

          超高層建筑砼泵送施工存在諸多技術問題,應從以下幾個方面采取措施。

          3.1設備的泵送能力

          設備最大泵送能力應有一定的儲備,以保證輸送順利、避免堵管。在本次408m高度的泵送過程中,砼泵的液壓系統工作壓力為24~25MPa,砼出口壓力16MPa,而HBT90CH超高壓砼泵的液壓系統工作壓力可達35MPa,砼出口最高壓力可達22MPa,這也是HBT90CH順利完成400m超高層泵送的至關因素。

          3.2設備配置的可靠性

          設備的配置應以可靠性為首要原則,超高層砼輸送合理的布置管道至關重要,一旦因設備故障而中止泵送2h以上時,砼在輸送管內會出現泌水、離析,將使整個管道系統內砼報廢而嚴重影響施工質量。三一HBT90CH泵采用兩臺發動機,既可同時工作以提高工作效率,也可單獨作業,即使1臺發生故障仍有備用發動機繼續工作,大大提高了施工過程的可靠性。此外,兩套獨立的泵和管道系統也是順利施工強有力的保障。

          3.3耐超高壓的管道系統

          在進行超高壓泵送時,管道內壓力最大可達到22MPa,縱向將產生27t的拉力,必須采用耐超高壓的管道系統。此外常規的連接與密封方式也不能滿足要求,需采取下述解決方案。

          1)采用壁厚為9.5mm以上的超高壓管道,保障管道的抗爆能力。

          2)管道間的連接用螺桿強度級別保證,縱向拉力由螺桿承受,使接頭處得到可靠保障。

          3)帶骨架的超高壓砼密封圈能防止砼在22MPa的高壓下從管夾間隙中擠出,確保密封長久可靠。

          4)輸送管管徑越小則輸送阻力越大,但過大的輸送管抗爆能力差,而且砼在管道內流速慢、停留時間長,影響砼的性能,最好選用直徑為125mm的輸送管。

          3.4合理布管

          布管應根據砼的澆注方案設置并少用彎管和軟管,盡可能縮短管線長度。本工程管道沿樓地面或墻面鋪設,在砼地面或墻面上用膨脹螺栓安裝一系列支座,每根管道均由兩個支座固定。為了減少管道內砼反壓力在泵的出口布置了100m的水平管及若干彎管,取得了較好的效果。

          3.5合理適用的砼配合比

          配合比設計的原則是既滿足強度、耐久性要求,又要經濟合理、具有良好的可泵性,因此除通常須考慮的因素外必須處理好如下幾個方面。

          1)水泥用量

          適用于超高層泵送砼的水泥用量必須同時考慮強度與可泵性,水泥用量少強度達不到要求,過大則砼的粘性大、泵送阻力增大則增加泵送難度,而且降低吸入效率。本例中水泥用量為375kg/m\+3,在施工中取得了很好的效果。

          2)粗骨料

          常規的泵送作業要求最大骨料粒徑與管徑之比不大于1∶3;在超高層泵送中因管道內壓力大易出現離析,此比例宜小于1∶5,而其中尖銳扁平的石子要少,以免增加水泥用量。

          3)坍落度

          普通的泵送作業中砼的坍落度在160mm左右最利于泵送,坍落度偏高易離析、低則流動性差。在超高層泵送中為減小泵送阻力,坍落度宜控制在180~200mm,同時為防止砼離析可摻入沸石粉以減少泌水。

          4)粉煤灰及外加劑

          粉煤灰和外加劑復合使用可顯著減少用水量,改善砼拌和物的和易性。但由于外加劑品種較多,對粉煤灰的適應性也各不相同,其最佳用量應通過試驗來確定。

          3.6保證砼的連續供給

          針對砼粘性好、凝結快的特性,為保證砼的均質性,攪拌車在向泵機喂料前反向高速轉動20~30s,泵送過程應迅速連續進行并不停地攪拌,避免因砼在泵送過程中滯留過長而造成凝結堵管現象。

          3.7保證砼的順利泵送

          壓送前應用水濕潤泵的料斗、泵室、輸送管道等與砼接觸的部分,檢查管路無異常后方可采用水泥砂漿潤滑壓送。

          開始泵送時泵機應處于低速運轉狀態,注意觀察泵的壓力和各部分工作情況,待順利泵送后方可提高到正常運輸速度。

          當砼泵送困難、泵的壓力突然升高時會導致管路產生振動,可用槌敲擊管路、找出堵塞的管段,采用正反泵點動處理或拆卸清理,經檢查確認無堵塞后繼續泵送,以免損壞泵機。

          施工時采用由遠至近的退管法與二次布管法,本工程砼澆注方向與泵送方向相同。

          3.8其它注意事項

          1)不得使用產生裂縫和表面凹陷的管道,管箍必須緊牢,防止爆管傷人;

          2)及時進行故障處理和更換必要的易損件;

          3)停機后應及時清洗并注意泵機的保養。

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